La phytoépuration : Concept général

La phytoépuration, procédé de phytoremédiation appliquée aux milieux aquatiques, a pour objectif de recréer les processus épuratoires ayant lieu naturellement en zones humides naturelles.

Sous l’influence du climat, chaque composant de ce type d’écosystème – plantes, substrats et microorganismes – présente un ou des actions spécifiques conférant à ces zones des propriétés épuratoires. La mise en œuvre de la phytoépuration correspond donc à la création de zones humides artificielles, et s’ancre donc dans une démarche de bio-mimétisme des services écosystémiques retrouvés dans les zones humides naturelles. Ces services écosystémiques peuvent être ceux de l’épuration de l’eau (fonctions épuratoires) ou encore la création d’une réserve pour la biodiversité (fourniture d’habitat, de ressources, etc.).

biomimétisme

Un peu d’histoire

La phytoépuration a été développée dans les années 1950-1960 suite à la mise en lumière des capacités d’auto-épuration des zones humides. Plusieurs marais artificiels furent par la suite créés dans le but d’épurer les eaux usées. Le premier marais artificiel fut créé à Othfresen (Allemagne) en 1972 et le procédé arriva en France à partir des années 1980. Depuis la fin des années 1990, la phytoépuration est en plein essor en France et en Europe. Elle est aujourd’hui une solution reconnue pour le traitement des eaux usées domestiques et de nombreuses études scientifiques travaille à l’adapter à d’autres types effluents, notamment aux effluents d’origines agricoles et industrielles.

Phénomènes épuratoires

Les différentes fonctions épuratrices retrouvées en zones humides artificielles sont supportées par le sol (substrat), les microorganismes et les plantes, et leurs nombreuses interactions.

  • Le substrat

Le substrat joue différents rôles en fonction du type de zones humides artificielles comme la filtration physico-chimique de l’effluent, la création d’habitats pour les microorganismes, ainsi que la création d’un milieu d’enracinement pour les plantes. Parmi les phénomènes à l’origine de la filtration physico-chimique de l’effluent, sont retrouvés les phénomènes d’absorption, de stabilisation et de précipitation.

  • Les microorganismes

Les microorganismes jouent un rôle central dans la phytoépuration. En effet, les processus épuratoires mis en jeu dans les zones humides artificielles sont orchestrés en majeure partie par des bactéries aérobies et anaérobies autochtones des zones humides artificielles. Dans les zones qui sont en grande partie exempt d’oxygène, des procédés anaérobies tels que la dénitrification, la réduction des sulfates et la méthanisation ont lieu, notamment au niveau de la rhizosphère des plantes.

  • Les plantes

L’installation de plantes au sein d’une zone humide artificielle permet la mise en place de nombreux processus permettant notamment une augmentation de l’abattement des polluants. Ce phénomène est la conséquence directe du déroulement de processus épuratoires mis en place au sein de la rhizosphère des plantes. Ces processus sont à la fois des réactions physico-chimiques et des réactions biologiques induites par l’interaction des plantes, des microorganismes, du sol et des polluants. On retrouve par exemple les phénomènes de phytoextraction, phytostabilisation et phytoassimilation.

La présence de végétaux au sein des zones humides artificielles permet :

  1. le maintien d’une continuité entre la couche de dépôt et la couche drainante par effet mécanique évitant le colmatage du filtre,
  2. une diminution des volumes d’effluent à la sortie du système dû au phénomène d’évapotranspiration,
  3. la préservation du système contre la sécheresse en été et une protection contre le froid en hiver favorisant le développement bactérien,
  4. une augmentation sensible de l’abattement des agents pathogènes vis-à-vis des systèmes non plantés.

Enfin, il a été montré que le choix de cortèges floristiques spécifiques diversifiés permettaient d’augmenter les performances épuratoires du en favorisant notamment la diminution de la sensibilité du système aux fluctuations saisonnières.

phytoépuration

Une grande variété de technique

Les techniques mettant en œuvre la phytoépuration se sont grandement diversifiées ces dernières années et se sont spécialisées en fonction des types de polluant à traiter dans les effluents et des abattements escomptés.

Les zones humides artificielles ont donc été distinguées et classées en fonction des formes des bassins, des types d’écoulement – souterrain ou en surface – des substrats utilisés et des espèces végétales implantées comme les hélophytes et les hydrophytes flottantes ou fixées (voir figure ci dessous). Ces différentes caractéristiques ont permis de distinguer par exemple la technique de lagunage – écoulement en surface – et celles des différents filtres plantés  – écoulement souterrain -.

Compte tenu des différences dans les conditions biotiques et abiotiques en fonction des types de zones humides artificielles, les phénomènes de transformation de la matière organique et inorganique ne sont pas les mêmes ; le choix du type de zones humides artificielles est donc à adapter en fonction des polluants de l’effluent à traiter.

Une fois le choix du type de zones humides effectué, il est ensuite nécessaire d’ajuster différents paramètres de conception et de fonctionnement de la zone humide artificielle. Les paramètres de conception incluent par exemple le design des filtres (longueur, largueur et profondeur), le type de substrat et les espèces végétales à y implanter. Les paramètres de fonctionnement intègrent les débits et modes d’alimentation des effluents, le temps de rétention hydraulique de l’ouvrage, le maintien ou non de températures choisies.

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